CN104808053A - 一种电子式电度表 - Google Patents
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Abstract
一种电子式电度表,由电流采样电路、电压采样电路、功率计量电路、单片机电路、LCD显示电路和电源电路组成,其连接关系如附图所示。该电子式电度表的电压和电流的采样都使用电阻采样,利用HLW8012单相电能计量芯片测量有功功率,应用AT89C2051单片机进行数据处理,采用LCD1602液晶显示器显示用户的用电度数,运用阻容降压型非隔离+5V电源供电,最大负载电流为20A,测量误差小于±0.5%。其积极效果在于:电路简单、体积小、重量轻、成本低、灵敏度高、功耗小、精度高。
Description
技术领域
本发明涉及电能测量技术领域,具体涉及一种电子式电度表。
背景技术
电度表按结构和工作原理可分为机械式和电子式两种类型。机械式电度表内置电流和电压采样线圈,用铝盘转动驱动计数器指示用户消耗的电能,因此,存在容易磨损、灵敏度低、耗能大、精度低等缺点。电子式电度表还可分为机电脉冲式和全数字式两类,是近几年来发展较快的一种新型的电能测量仪表,它是应用微电子技术、脉冲数字技术和模/数转换技术,把被测电能量转换成电脉冲或数字量用计数器计数,或用数码管、液晶显示器直接显示用户消耗的电能。电子式电度表具有功耗小、灵敏度高、防窃电能力好等优点,因其结构复杂,成本较高等原因,尚未被广泛应用,但它是一种很有发展前途的新型电能测量仪表。
发明内容
为解决机械式电度表的不足,本发明公开一种电子式电度表。该电子式电度表的电压和电流的采样都使用电阻采样,利用HLW8012单相电能计量芯片测量有功功率,应用AT89C2051单片机进行数据处理,采用LCD1602液晶显示器显示用户的用电度数,运用阻容降压型非隔离+5V电源供电,最大负载电流为20A。测量的灵敏度高、功耗小、精度高。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种电子式电度表由电流采样电路、电压采样电路、功率计量电路、单片机电路、LCD显示电路和电源电路组成。电流采样电路由电阻R1、R2、R3和电容C1、C2组成。电压采样电路由电阻R4~R8和电容C3组成。功率计量电路由集成电路芯片HLW8012、电容C4、电阻R9和发光二极管LED组成。单片机电路由AT89C2051单片机,AT24C02存储器,电阻R10、R11、R12,电容C5~C8和晶振X1组成。LCD显示电路由LCD1602液晶显示器和电位器RP1组成。电源电路由电阻R13、R14,电容C9~C12,二极管D1、D2,稳压二极管DZ1和三端稳压集成电路78L05组成。
本发明的积极效果在于:电路简单、体积小、重量轻、成本低、灵敏度高、功耗小、精度高。
附图说明
图1为本发明的结构方框图。
图2为本发明的电流采样电路。
图3为本发明的电压采样电路。
图4为本发明的功率计量电路。
图5为本发明的单片机和LCD显示电路。
图6为本发明的电源电路。
具体实施方式
如附图1所示,本发明由电流采样电路、电压采样电路、功率计量电路、单片机电路、LCD显示电路和电源电路组成。功率计量电路的电流采样输入端接电流采样电路的输出端,电压采样输入端接电压采样电路的输出端;单片机电路的输入端接功率计量电路的输出端,输出端接LCD显示电路的输入端;电源电路的输出端接功率计量电路、单片机电路和LCD显示电路的电源端。
如附图2所示,电流采样电路由电阻R1、R2、R3和电容C1、C2组成。电阻R1与R2一端的连接点接负载,负载的另一端接交流电源的火线;R3一端与R1另一端的连接点接地,并连接交流电源的零线;R2的另一端与C1的一端相连为电流采样电路的输出端V1P,与功率计量电路的THLW8012的2脚V1P相连接;R3的另一端与C2的一端相连为电流采样电路的输出端V1N,与THLW8012的3脚V1N相连接;C1与C2的另一端相连并接地。电能的计量测量,电压、电流的采样有互感器采样和电阻采样两种方式。互感器采样方式成本高,本发明的电流采样采用电阻采样方式,电流采样电阻R1设计为0.001Ω/2W的锰铜电阻,最大负载电流为20A。
如附图3所示,电压采样电路由电阻R4~R8和电容C3组成。R4、R5、R6、R7串联,R4的另一端接交流电源的火线,R8与C3并联的一端接地,并联的另一端与R7的另一端相连为电压采样电路的输出端V2P,接THLW8012的4脚电压采样输入端V2P。本发明的电压采样采用电阻采样方式,利用电阻R4~R8串联分压采样,R4~R7的电阻值都设计为470KΩ,R8的电阻值为1KΩ。
如附图4所示,功率计量电路由集成电路芯片HLW8012、电容C4、电阻R9和发光二极管LED组成。THLW8012的1脚接+5V电源和C4的一端,C4的另一端接地;2脚接电流采样电路的输出端V1P;3脚接电流采样电路的输出端V1N;4脚接电压采样电路的输出端V2P;5脚接地;6脚接单片机电路的AT89C2051的6脚;7、8脚悬空不用;R9的一端与LED的正极串联,R9的另一端接THLW8012的6脚,LED的负极接地。LED闪光的频率越高,表示用户消耗的有功功率越大。
HLW8012是深圳市合力为科技推出的单相电能计量芯片,可以测量有功功率、电压有效值和电流有效值。采用先进的CMOS工艺,SOP8封装,内置晶振、2.43V电压参考源和电源监控电路,5V单电源供电,工作时功耗只有15mW。输出的高频脉冲CF是占空比为1:1的方波,通过测量CF引脚输出高频脉冲的频率计算有功功率,精度为±0.3%。输出的高频脉冲CF1是占空比为1:1的方波,通过测量CF1引脚输出高频脉冲的频率计算电压有效值或电流有效值,使用SEL选择,精度为±0.5%。CF脚输出的脉冲频率大小表示有功功率值,CF输出的脉冲个数表示用电量的信息。
如附图5所示,单片机电路由AT89C2051单片机,AT24C02存储器,电阻R10、R11、R12,电容C5~C8和晶振X1组成。AT24C02的1、8脚接+5V电源,2、3、4、7脚接地, 5、6脚分别接R10、R11的一端和AT89C2051的8、9脚。AT89C2051的1脚接R12一端与C7负极的连接点,2、3、7脚分别接LCD1602的6、5、4脚,4脚接晶振X1一端与电容C6一端的连接点,5脚接晶振X1另一端与电容C5一端的连接点,6脚接HLW8012的6脚,10脚与R12、C5、C6、C8的另一端都接地,11脚悬空不用,12~19脚分别接LCD1602的14~7脚,20脚、R10、R11的另一端、C7的正极和的C8一端都接+5V电源。
AT89C2051是Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机。AT89C2051的1脚是复位端,R10、C7组成单片机的复位电路。AT89C2051的4脚、5脚内部电路与外部的晶振X1,电容C5、C6组成时钟振荡电路。AT89C2051通过测量6脚输入的CF脉冲的频率和脉冲个数来计算用电量,并驱动LCD显示电路显示用电度数。AT24C02存储器,用于存储掉电时的用电度数。
如附图5所示,LCD显示电路由LCD1602液晶显示器和电位器RP1组成。LCD显示电路的LCD1602的1脚接地,2脚接+5V电源,3脚接电位器RP1的滑动端,RP1的一端接电源正端,另一端接地,LCD1602的4、5、6脚分别接AT89C2051 的7、3、2脚,7~14脚分别接AT89C2051的19~12脚。
LCD1602是一种采用5×7点阵图形显示字符的液晶显示器,每行二十个字符,可显示两行,LCD1602内部的字符发生存储器存储有大小写英文字母、***数字、常用符号和日文假名等160个不同的点阵字符图形,每一个字符都有一个固定的代码,电位器RP1用于调节字符的对比度。
如附图6所示,电源电路由电阻R13、R14,电容C9~C12,二极管D1、D2,稳压二极管DZ1和三端稳压集成电路78L05组成。C9与R13并联的一端接交流电源的火线,另一端接R14的一端,R14的另一端接D1负极与D2正极的连接点,D2的负极、DZ1的负极、C10的正极、C11的一端和78L05的1脚相连接,78L05的3脚与C12的正极相连接为+5V电源的输出端,D1的正极、DZ1的正极、C10的负极、C11的另一端、78L05的2脚和C12的负极都接地,并连接交流电源的零线。为了配合电流、电压的电阻非隔离采样方式,电源电路必须为非隔离电源,本发明采样阻容降压型的非隔离电源。
本发明设计的电子式电度表,工作电压为220V的交流市电,最大负载电流为20A,测量误差小于±0.5%,电路简单、体积小、重量轻,功耗低、灵敏度高、功耗小、精度高、价格便宜,拥有广阔的市场前景。
Claims (7)
1.一种电子式电度表,其特征是:它由电流采样电路、电压采样电路、功率计量电路、单片机电路、LCD显示电路和电源电路组成;电流采样电路由电阻R1、R2、R3和电容C1、C2组成;电压采样电路由电阻R4~R8和电容C3组成;功率计量电路由集成电路芯片HLW8012、电容C4、电阻R9和发光二极管LED组成;单片机电路由AT89C2051单片机,AT24C02存储器,电阻R10、R11、R12,电容C5~C8和晶振X1组成;LCD显示电路由LCD1602液晶显示器和电位器RP1组成;电源电路由电阻R13、R14,电容C9~C12,二极管D1、D2,稳压二极管DZ1和三端稳压集成电路78L05组成。
2.根据权利要求1所述的一种电子式电度表,其特征是:电流采样电路的R1与R2一端的连接点接负载,负载的另一端接交流电源的火线;R3一端与R1另一端的连接点接地,并连接交流电源的零线;R2的另一端与C1的一端相连为电流采样电路的输出端V1P,与功率计量电路的THLW8012的2脚V1P相连接;R3的另一端与C2的一端相连为电流采样电路的输出端V1N,与THLW8012的3脚V1N相连接;C1与C2的另一端相连并接地;电流采样电阻R1设计为0.001Ω/2W的锰铜电阻,最大负载电流为20A。
3.根据权利要求1所述的一种电子式电度表,其特征是:电压采样电路的R4、R5、R6、R7串联,R4的另一端接交流电源的火线,R8与C3并联的一端接地,并联的另一端与R7的另一端相连为电压采样电路的输出端V2P,接THLW8012的4脚电压采样输入端V2P;R4~R7的电阻值都设计为470KΩ,R8的电阻值为1KΩ。
4.根据权利要求1所述的一种电子式电度表,其特征是:功率计量电路的THLW8012的1脚接+5V电源和C4的一端,C4的另一端接地;5脚接地;6脚接单片机电路的AT89C2051的6脚;7、8脚悬空不用;R9的一端与LED的正极串联,R9的另一端接THLW8012的6脚,LED的负极接地。
5.根据权利要求1所述的一种电子式电度表,其特征是:单片机电路的AT24C02的1、8脚接+5V电源,2、3、4、7脚接地,5、6脚分别接R10、R11的一端和AT89C2051的8、9脚;AT89C2051的1脚接R12一端与C7负极的连接点,2、3、7脚分别接LCD1602的6、5、4脚,4脚接晶振X1一端与电容C6一端的连接点,5脚接晶振X1另一端与电容C5一端的连接点,10脚与R12、C5、C6、C8的另一端都接地,11脚悬空不用,12~19脚分别接LCD1602的14~7脚,20脚、R10、R11的另一端、C7的正极和的C8一端都接+5V电源。
6.根据权利要求1所述的一种电子式电度表,其特征是:LCD显示电路的LCD1602的1脚接地,2脚接+5V电源,3脚接电位器RP1的滑动端,RP1的一端接电源正端,另一端接地。
7.根据权利要求1所述的一种电子式电度表,其特征是:电源电路的C9与R13并联的一端接交流电源的火线,另一端接R14的一端,R14的另一端接D1负极与D2正极的连接点,D2的负极、DZ1的负极、C10的正极、C11的一端和78L05的1脚相连接,78L05的3脚与C12的正极相连接为+5V电源的输出端;D1的正极、DZ1的正极、C10的负极、C11的另一端、78L05的2脚和C12的负极都接地,并连接交流电源的零线。
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